YM-1000型半球阀芯研磨设备传动系统及设备台架设计【毕业论文+CAD图纸全套】

目次 1 概述 . 2 计目的及意义 . 4 计技术指标 . 4 . 4 . 4 2 主驱动机构结构设计 . 5 驱动电机的选择 . 6 驱动部分负载的计算 . 6 定研磨中的实际摩擦系数 . 6 磨运动中的负载转矩计算 . 6 具转速确定 . 7 级传动比确定 . 7 驱动电动机驱动功率的确定 . 7 轮传动设计 . 8 具转动和主驱动轴部件的设计 . 14 具转动轴最小轴径计算 . 14 具转动轴的部件结构设计 . 14 具传动轴的轴系结构设计计算 . 15 设计 . 22 4 研磨机底座及机架设计 . 23 设计总结 . 24 致谢 . 26 参考文献 . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 概述 高耐磨双偏心半球阀是为 了 解决“气 以及 “液 相混流介质输送过程 中带有沉淀、结垢和结晶析出介质的技术 问题 而研制开发的新型阀门 ,其 简单 结构如 以下 图 1示。 图 1高耐磨 双偏心半球阀 基本 结构 该 半球阀阀芯具有半球面型的密封件，与固定在阀体上的阀座形成 高精度 球面 环带型密封副。阀芯是 通过 阀杆与芯轴支撑 保持 在阀体的内腔中 。因为 阀杆中心 与 阀芯的球面几何中心 不重合 ， 同时 不在阀体的贯通中线上， 所以 当手轮通过蜗轮机构驱动 利用 花键连接的阀杆转动 90 角 时，半球面阀芯 就会 绕固定轴心旋转， 实现 阀芯与阀座的相对运动， 进而 实现阀门的启闭作用。 高耐磨双偏心半球阀 的 关键结构特点是 这样的 ：球面几何中心与回转中心不 在同一个 心，呈两锥偏心 的几何接触 状态，转动偏心阀芯就 会立即 产生球面与固定的阀座密封面间的相对运动 。 开启时阀芯与阀座 会非常的 迅速脱离，关闭时阀芯偏心复位在原来的偏置位置上 立即实现阀门关闭 。如此 这般 组成阀门动作的偏心机构，即利用偏心轮的变形楔 作用原理来 顺利 实现阀门的闸紧机构 作用非常巧妙 。如 以下 图 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 1双偏心半球阀 开闭 工作状态 双偏心半球阀工作时 就是依 靠阀芯和阀座的 紧密 配合 来 实现密封 。 所以，阀芯球冠部分和阀座的加工制造精度 会非常 直接 的 影响到球阀密封的可靠性。 根据输送介质的 一般 特性，阀 芯 和阀座密封面 材料是 堆焊 要特 殊热处理和精加工等 复杂 工艺，密封副 的 表面硬度 要大于等于 55承受 住达到 560 的 高温， 可以完全 满足 耐 腐蚀、耐磨粒磨损、耐冲刷和耐高温等特殊要求。 阀芯 的 双偏心结构 不仅结构 复杂 ， 而 且加工要求高 ，是加工过程的关键工艺 。阀芯的结构如 以下 图 1 图 1耐磨 双偏心半球阀 阀芯结构 阀 芯上的密封面有较高的尺寸精度、形状精度和表面质量 要求 的 工艺 要求。阀芯的尺寸精度 工艺要求 可 以 通过 球车床加工来保证，形状精度和表面质量 工艺要求就 需要通过研磨精加工来实现 了 。阀芯上的密封面有一 个 环状球面， 它的 材质为耐磨合金 型 材料，研磨加工实现起来相对 来说 比较 的 困难，需要用一套专 门设计使 用的研磨装置来实现。因此，半球阀 阀 芯研磨 设备 设计这个课题就是 直接针对双偏心半球阀阀芯的研磨加工而提出 的 非常好的设计课题 ，本文对高耐磨半球阀 阀 芯自动研磨机的设计过程作 详细 说明。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 计 目的及意义 目前，在中、高压高耐磨半球阀阀门的 设计 生产制造过程中，阀芯的精加工采用的是辅助于简单 的 机械传动的手工研磨方式 来实现 。用 这 种加工方法进行加工 研磨加工 ，其研磨质量和生产效率都 不高 ，严重影响了整个产品的生产 供给 ，且不利于 进一步 提高产品的质量。本设计主要是针对球阀 阀芯 研磨设计其自动研磨加工设备 的 ，以提高生产效率和研磨质量 ，节省加工成本 。 计技术指标 本 技术参数 （ 1）研磨阀芯的规格 为 （ 2）研磨机研具主轴转速 12 24 r/ （ 3）研磨设备工件主轴转速 9 18 r/ （ 4）研磨设备工件摆动频率 10 30次 /动幅度 35； （ 5） 工作台高度： 1400 （ 1） 阀芯的尺寸精度为 （ 2）阀芯的圆度 4 m； （ 3）阀芯的表面粗糙度为 m。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 2 主驱动机构结构设计 阀芯 研磨设备 驱动部分的功能是实现研具 的 转动，本设计中用 自带减速器 电机 再 经 齿轮啮合传递来 来驱动研具转动。本处的设计计算部分，主要是针对半球阀阀芯研磨 设备 主驱动部分，确定其电动机的功率，进行传动比分配，完成设计 。 驱动部分负载的计算 研磨中研具和工件之间有 相对动 摩擦力存在，计算出摩擦力可求出负载转矩，确定出电动机的 输出 功率，由此来选择 需要的 电动机。 根据已知的工件 半球阀芯的 质量， 由于工件自重可以稳定， 工作时的 不需要施加 额外的 压力， 进而可以得出 可以得出研磨工件的总压力： 由 工件质量 m=1t，得出总压力 ： 00010000N 施加压力 为 0 工作压力： F= 10000N 定研磨中的 实际 摩擦系数 研磨 运动中 工件为铸钢， 同时 研具为铸铁，使用有研磨剂 金刚砂 进行工作 。铸铁和铸钢之间的，无润滑 的 时 侯 静摩擦因数为 摩擦因数 则为 润滑 的 时 侯 静摩擦因数 摩擦因数 则为 磨中使用 的是 金刚砂研磨剂，研磨剂在研磨中并不是使两种材料间出现 没有价值的纯滚动 。 金刚砂颗粒有很多锋利的棱角，它在研磨中 的作用 主要是在切削金属 材料，这样 就很自然的 产生很强的切削力， 实际上是 相当于增大了铸铁和铸钢间的滑动摩擦因数。这里 使 用到的摩擦因数，具体数值还没有从 研究人员的 实验中明确得出 过 ，通过查研磨方面的 相关资料 资料，现取 滑动摩擦因数 为 = 磨运动中的 负载转矩计算 在研磨 运动中 中，阀芯 与 研具形成球面 之间的 摩擦，计算摩擦力相对 来说就比较复杂，这里 就 用到一个最大研磨压力 r 来 最大限度的 估算摩擦负载转矩。对于大工件取 r=。本设计中用 到的工件 F=10000N，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 D=1000 则负载转矩 就应该 为： T= r=10000 1000/2） Nm 1250000N 1250 Nm 具转速确定 我 查阅王忠志 教授的 机械研磨，其研磨线速度的范围 是 ： v=20 100 m/此 可以 选取 v=80m/ 以下 v = *d* n n= v/( *d)=80/( *r/ 可以 确定 4 r/ 各级传动比确定 由于考虑到工件 的 自 转 和工件 的 工进转动的复合作用， 以及 研磨线速度的增加，在此确定 位研具转速范围 12 24r/ 驱动电动机 驱动 功率的确定 此部分传动系统中涉及到蜗杆减速器、带传动和联轴器。查阅机械设计手册，查得 齿轮 传动效率： 1= 蜗杆减速器 效率： 3= 从电机到研具主轴的总效率 则 为： =1 3=动负载所需功率为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 000=1250 25/000 所需功率 = = 择电动机额定功率： 此选定主传动电动机，功率 选择电动机型号为 输出转速 n 电 =720 r/在该电机内部内置一部减速比为 15 的蜗杆减速器，这样它的输出轴的转速为 72r/ 1 选定齿轮 需要的 类型、精度等级、材料及齿数 1）按 既定的 传动方案， 可以 选用直齿圆柱 齿轮 进行 传动。 2） 该齿轮啮合传动 ，速度不高，故选用 8 级精度 。 3) 材料选择。由表 2择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 4)z =24 传动比设为 2， 大齿轮 2z =24 3=72 5)按齿面接触强度设计 由设计计算公式 23 11 )()1( 2 确定公式内的计算数值 1）选择载荷系数 ）小齿轮传递的转矩 1T = T=10 *10 *20 =610 N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 3）由表查得齿宽系数d=1 4）由表查得材料强度影响系数 5）按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 001 大齿轮接触疲劳强度极限 2=550）工作寿命为 10年 (每天工作 300天两班制 ) 由应力循环计算公式的 1N =60 1 486 0 1 2 8 3 0 0 1 03hn j L =810 2N=810 /3=710 7）由机械设计图（ 10 =取接触疲劳寿命系数 1）计算接触疲劳许用力 取失效概率为 1%安全系数 1S =1 由机械设计公式得 1 l i m 11 0 . 9 8 6 0 0 1 . 4 s = H = = =385 2） 计算 1）试算小齿轮的分度圆 3 1 )()1( =）计算圆周速度 v=100060 11 nd t=3）计算齿宽 1b 1b =d 1=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 4）计算齿宽与齿高之比 1 . 0 8 6 . 1 530z 1 2 . 2 5 4 . 0 3 6 1 3 . 8 1h m m 1 2 1 1 0 0 8 1 5）计算载荷系数根据 v=由机械设计查得动载荷系数 K= 由机械设计表 10表 10级精度小齿轮的相对支撑位非对称支撑0K=得载荷系数 K= 1 ）按实际的载荷系数校正的分度圆直径 1d = =) 计算模数 m=1 5 4 6 24 3. 按齿根弯曲强度设计 由计算公式 )(22 21 (1) 确定公式内的数值 1) 由机械设计图 10=500齿轮的弯曲疲劳强度极限 2=380文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 2）由图 10）计算弯曲疲劳许用力 取弯曲许用安全系数 S=公式 1 F = F = 8 ）计算载荷系数 K= 1 ）查取齿形系数 由表 101）查取应力校正系数 1） 计算大小齿轮的并加以比较Fa 11 01 62 222 Y= 2 . 3 3 5 1 . 6 9 5 0 . 0 1 5 8 62 3 6 . 1 4 大齿轮的数值比较大。 （ 2） . 设计计算 m 6322 1 . 4 1 7 1 . 0 6 1 0 0 . 0 1 5 8 61 2 4 =比 该公式 计算 出来的 结果 ， 由于 根据 齿根弯曲疲劳强度计算的模 数小于据买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 齿面接触疲劳强度计算的模数 m。因为 弯曲强度所决定的承载能力 可以决定 齿根模 数 可取由弯曲强度计算 出来 所得 到的 模数并圆整取 m=5 （ 1） 1z =1132 2z =1z 2i =64 （ 3）几何尺寸计算 1）分度圆直径 1d = 11 =5 32=160d =m 2z =480） 计算中心距 a=（ 1d + 2d ） /2=320）计算齿宽 1b = =1*160=160b =170文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 表 2具转动 和主驱动 轴部件 的 设计 具转动轴最小轴径计算 研具转动轴材料采用 45 钢，调质处理，其许用剪应力 35T 61 . 0 9 1 03 3 6 8 . 7 70 . 2 0 . 2 3 5m m d= 5 研具转动轴的部件结构设计 研具转动轴的部件结构主要考虑两轴承处的同轴度，采用四根立柱连接的方式，如图 2示 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 具传动轴的轴系结构设计计 算 2具转动轴部件 传动系统各轴运动、动力参数确定 从电动机到研具主轴， 0为电机 输出 轴，为 研具主轴，电机按输出轴的最高转速计算，分别计算如下： （ 1）各轴转速 2 r/5/3r/24 r/ 2）各轴输入功率 0 3）研具主轴输入转距 550 24 N m= m 的设计计算及校核 根据传动结构的空间布局，轴可采用竖直轴，在它上面安装研具，带动研具转动。 （ 1）确定研具主轴的最小直径 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 由前面计算结果 n=24r/m， 查机械设计手册，选取轴的材料为 45钢，调质处理。 且最细段为外伸端，取 15，于是： d 30 3 d =d(1+据轴上所装零件情况，选定主轴有效段最小直径 d=80轴向定位要求及所安装的零件确定各段轴向长度和轴径，简图如图 6 其中： 装轴承； 来用圆螺母及止定垫圈固定紧轴承。 根据结构设计情况，轴的长度如图 3段直径情况如下： d= 86； d= 108； d= 90 。 d= 80； d= 90； ： d= 84 且攻有螺纹。 图 3轴结构图 （ 2）轴的校核 根据轴的结构图做出轴的计算简图，如图 3 图 3轴受力简图 根据直齿圆柱齿轮受力情况，可计算出轴承的支反力。计算如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 2 =5316N rF= 5316=1934N 由平衡条件可列以下方程 ： 水平方向 : 1 2 t 0N H N F t N H 21 1 5 4 5 0 0 垂直方向： 1 2 r 0N V N F r N V 21 1 5 4 5 0 0 则由以上方程可求得： 1 2 1 2是其轴上的转矩为： 水平方向 H m a x 131675M N直方向 V m a x 47955M N其受力图、弯矩图及扭矩图及如图 3 从轴的结构图、弯矩和扭矩图中可以看出，截面 于是此 处的总弯矩 2 2 2 2H m a x V m a x 1 3 1 6 7 5 4 7 9 5 5M M M 矩 T=151210 N据机械设计公式 15及以上数据，由于轴做单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力为： 22 221133() 1 4 0 1 3 5 . 6 ( 0 . 6 1 5 1 2 1 0 ) 1 8 . 3 20 . 1 0 . 1 4 5 P 轴的材料为 45钢，调质处理，由机械设计，查得 1 60M 。 因此 1故研具主轴是安全的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 图 3轴的载荷分析图 具主轴 轴承的选择及校核 在设计中研具主轴是竖直轴，轴承需要承受轴向力。因而，研具主轴上的轴承选用 30309 圆锥滚子轴承；在轴上的安装为反向安装。计算校核如下： （ 1）计算派生轴向力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 根据阀芯、研具、齿轮、轴重力计算和轴的校核计算可知 : 592N ；17N； 机械设计手册查得： e= 592 3 . 8 2F 4 1 7e=由机械设计手册查得： Y=据机械设计（濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社）表 13派生轴向 力 F 2Y 则有 5 2 3 . 5 7F 1 5 4 2 1 . 7 1 0 6 . 5 7F 3 1 . 3 4 2 1 . 7 （ 2） 确定两轴承所受轴向力1示，把派生轴 向力的方向与外加轴向载荷，另一端标为轴承 1。 图 3承轴向载荷的分析 由于 a e d 2 d 1F + F 1 5 9 2 N + 3 1 . 3 4 N = 1 6 2 3 . 3 4 N F 1 5 4 N 则轴有向右窜动的趋势，相当于轴承 1 被“压紧”，轴承 2 被“放松”，但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承 1所受的总轴向力平衡，即 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 ae 被“放松”的轴承 2只受其本身派生的轴向力 a 2 d 2F = F 3 1 . 3 4 N（ 3） 确定两轴承的当量动载荷 由于 1.1e 则轴 承 1： 1P= F； 2e， 则轴承 1： 2P=2 根据机械设计手册查得： Y= 则 1P= 0 . 4 5 2 3 . 5 7 1 . 5 1 6 2 3 . 3 4 =P= 根据设计经验取载荷系数 轴承实际所受当量动载荷 1P=P= 4）计算轴承寿命 由于轴承 1 所受载荷最大，因此只校核轴承 1 即可。根据机械设计手册，由公式 61060取 =10/3， 则 1066 311 0 1 0 1 0 8 0 0 0 168665696 0 6 0 6 0 3 9 6 6 . 6 6 h 预期计算寿命 2 8 3 0 0 1 5 7 2 0 0 0L 0h 计算的算表明该轴承的寿命是完全满足要求的 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 滑动框通过轴瓦与立柱形成移动副，借助升降机实现上下移动，进行工件的装卸。在提升板上下联接处均装有弹簧，实现上下方向的弹性浮动，研磨机升降系统如图 3 图 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 4 研磨机 底座及机架设计 在底座机架的设计上， 有两种方案供我们考虑 ：一是选用铸件，二是选用角钢、槽钢等型材。在满足同样强度要求的条件下，铸件 需要采用 的体积比较大，材料 使用的 也比较多。因此， 在满足强度要求下 ， 从经济性方面考虑 可以 选用型材 更 合理 一些 。 考虑到 设计制造工艺性方面 的话 ，如果此研磨 设备 采用铸件，铸件设计起来 就会非常的 比较复杂， 工艺性并不好， 而型材 于此就 不 相 同，它可以把购买来的型材 相对来说 很容组合成结构形状 来满足 不同的需要，而且强度高，体积小，重量轻。因此，从这方面考虑采用型材比较合理。从生产制造周期上考虑，铸件制 造成型后，用于生产还需一段时效时间，这会占用设备生产周期中很长一部分时间，严重影响设备的生产效率；用型材就基本上不存在时效时间，也就不会对生产效率造成什么影响。用铸件有一比较好的优点就是比用型材抗震性好，但从以上综合考虑，采用热轧等边角钢和热轧槽钢焊接而成，根据机械零件手册，材料的牌号选 座框架结构图如图 6 作为设备运行中要考虑操作环境的安全性及保证传动系统环境的整洁，在框架四周设计有围板，采用比较薄的钢板用螺钉固定于台架四周。在工作台架顶部，考虑到研磨中放置工具及安装调试上部摇摆 机构等，用 30的钢板作为盖板。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 设计总结 毕业设计是我们大学阶段最后一次设计实践工作，它不仅是对我们四年大学学习知识的总结，也是我们步入职场、走进社会的一次预演，通过在设计过程中锻炼自己查找资料、总结资料的能力、锻炼自己与他人共同合作解决问题的能力。 本次毕业设计我的题目是液压式半球阀 阀芯研磨 设计，初步拿到这个设计题目的时候，我一直以为我所设计的要点是液压系统的设计，所以看了很多关于液压系统的书，且在设计的初期也一直在做液压方面的准备，后来通过与老师的交流发现我设计的重点不是液压系统方向， 而是怎么实现机床工作需要动作的，液压系统只是用于我设计初期选择执行元件的，至此我才明白我设计的要点。所以以后遇到问题一定要明白设计的要点，不然的话就会适得其反。 在设计初期，我不明白机器的工作原理，是李老师的惴惴教导是我逐渐的明白了设计的基本思路和设计思想。每周李老师都会不辞劳苦的对我们进行两天的指导，而其他很多老师每周只是指导一次，对此我对李老师的敬业精神表示感谢和钦佩。每周的例行指导会议上，李老师都会仔细解答我的设计疑惑以及鞭策勉励我们不畏设计中的困难，夜以继日快马加鞭的踏实有序一步一步向前走。李老师鼓 励我们，设计就是一步一步向前，逐渐解决见到的问题，每天解决 一个小的问题，设计难题就会柳暗花明又一村的，最终会交上合格的优秀的设计成果的。我通过这次设计领略了河工大优秀老师的风格和魅力，这种敬业的精神负责的态度对我以后的学习工作有很大的指引作用，不管以后做什么工作，李老师的积极影响都会叫我更加负责任的去奋斗。 本次设计中遇到的各种问题通过与老师的交流、同学的探讨、自己的摸索都得到了很好的解决。这也告诉我们在以后的工作中要多与专业人士交流，多参照别人的设计，这样才能丰富自己的视野，使自己在以后的工作中游刃有余。 本次设计中还有一个问题就是怎么 更好的 实现在 加工过程中 出现 震动 的情况下机床能够快速 很好的保持稳定 ，虽然 固定到地面上的水泥柱上 能够在方向控制 机床 的 稳定 ，但是肯定存在 一次不稳定 ，所以能不能通过 其他方法更好的 的方式 在工作过程 实现 工件的相对稳定 呢，但是由于本人能力有限，所以没有很好的解决这方面的问题。 买文档就送您 纸全套， Q